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Fußbodenheizung

Welche Umwälzpumpe wird für eine Fußbodenheizung verwendet?

Auswahl der Umwälzpumpe für die Fußbodenheizung: Volumenstromberechnung, Förderhöhe, Konstantdruckbetrieb, Verteilergruppe und Anzahl der Pumpen im Mischsystem.

PMIngenieurteam von Pomeka Mekanik26. August 202630 min Lesezeit
Welche Umwälzpumpe wird für eine Fußbodenheizung verwendet?

Für eine Fußbodenheizung wird eine drehzahlgeregelte Nassläufer-Umwälzpumpe verwendet, die im Konstantdruckbetrieb arbeiten kann. Im Wohnungsbau liegen typische Werte bei 0,8-2,5 m³/h Volumenstrom und 2-4 mWS Förderhöhe; die Grundfos ALPHA2 25-60 und die Wilo Yonos PICO 25/1-6 liegen genau in der Mitte dieses Bereichs. Gegenüber einer Heizkörperpumpe unterscheidet sie sich dadurch, dass sie wegen der geringen Temperaturdifferenz einen höheren Volumenstrom und wegen der langen PEX-Heizkreise einen höheren Druckverlust verlangt.

Diese beiden Anforderungen werden meistens missverstanden. Der Fehler, den wir vor Ort am häufigsten sehen, besteht darin, dass die für eine Heizkörperanlage richtige Pumpenlogik unverändert auf die Fußbodenheizung übertragen wird: Eine mehrstufige ältere Pumpe wird auf der höchsten Stufe belassen, die Regelungsart wird nicht verändert, und das Ergebnis sind sowohl Geräusche als auch unnötiger Stromverbrauch. Die Auswahl der Umwälzpumpe für die Fußbodenheizung ist das letzte Glied einer Kette, die bei den Rohrmetern im Fußboden beginnt und über die Verteilergruppe und die Mischergruppe bis zur hydraulischen Weiche auf der Kesselseite reicht.

In diesem Ratgeber finden Sie:

Was Sie in diesem Ratgeber erwartet

  • Einen zahlenmäßigen Vergleich der Daten zu Volumenstrom, Temperaturdifferenz und Druckverlust bei Fußbodenheizung und Heizkörperanlage
  • Eine Beispielrechnung zur Formel Q = kW / (1,163 × ΔT), Schritt für Schritt durchgerechnet
  • Die Ermittlung des Druckverlusts eines 100-120 Meter langen PEX-Heizkreises über Pa/m
  • Warum der Konstantdruckbetrieb bei der Fußbodenheizung richtig und der Proportionaldruckbetrieb falsch ist
  • Den Einfluss von Verteilergruppe, Mischergruppe, Dreiwegeventil und hydraulischer Weiche auf die Pumpenauswahl
  • Für welches Projekt Grundfos ALPHA2, Grundfos UPM3, Wilo Yonos PICO und Wilo Stratos PICO jeweils geeignet sind
  • Den Vergleich zwischen zwei getrennten Pumpen und einer Einzelpumpenlösung im Mischsystem aus Heizkörpern und Fußbodenheizung
  • Wie sich die Pumpenauswahl bei Niedertemperatursystemen mit Wärmepumpe verändert, die 5 häufigsten Fehler und eine Checkliste

01Welche Pumpe wird für die Fußbodenheizung verwendet? Die kurze technische Antwort

Die Umwälzpumpe für die Fußbodenheizung ist eine Nassläuferpumpe mit elektronischer Drehzahlregelung für den Heizkreis, die in den geschlossenen Rohrschleifen im Fußboden Wasser im Bereich von 30-45 °C umwälzt. In Wohngebäuden deckt die Baugröße 25/1-6 bzw. 25-60, also ein Gehäuse mit Verschraubung DN 25 und 6 mWS maximaler Förderhöhe, die große Mehrheit der Fälle ab. Ein Betrieb dieser Pumpe im Konstantdruckbetrieb ist im Ergebnis sowohl leiser als auch rund dreimal sparsamer im Stromverbrauch als der Betrieb einer mehrstufigen Pumpe auf ihrer höchsten Stufe.

Die Auswahl reduziert sich auf drei Zahlen. Die erste ist der Volumenstrom: Sind die Heizlast in kW und die Spreizung (Differenz zwischen Vor- und Rücklauftemperatur) bekannt, lässt sich der Volumenstrom direkt berechnen. Die zweite ist die Förderhöhe: Der Druckverlust des längsten Heizkreises, der Verlust der Verteilergruppe und der Verlust der Mischergruppe werden addiert. Die dritte ist die Regelungsart: In einem System, in dem Raum für Raum über thermische Stellantriebe abgesperrt wird, muss die Pumpe den Volumenstrom drosseln und dabei den Druck konstant halten.

Geben wir einen praktischen Referenzbereich an. In einer gut gedämmten Wohnung mit 120 m² geschlossener Fläche liegt die gesamte Heizlast typischerweise in der Größenordnung von 6-9 kW. Bei 7 K Temperaturdifferenz entspricht diese Last einem Volumenstrom von 0,74-1,11 m³/h. In derselben Wohnung gibt es 6-8 Heizkreise, und die erforderliche Förderhöhe bleibt im Bereich von 2,0-3,0 mWS. Dieser Betriebspunkt liegt genau in der Mitte der Kennlinie von Hocheffizienz-Umwälzpumpen der Wohnungsbauklasse; die Wahl einer größeren Pumpe bringt keine Leistung, sondern Geräusche und Verbrauch.

Die Pumpe der Fußbodenheizung darf, auch wenn sie im selben Gebäude steht, nicht mit der Druckerhöhungsanlage für das Trinkwasser verwechselt werden. Die beiden lösen unterschiedliche physikalische Probleme: Die Druckerhöhungsanlage hält eine offene Verbrauchsleitung auf einem bestimmten Druck, die Umwälzpumpe überwindet in einem geschlossenen Kreislauf lediglich den Reibungsverlust. Unsere Produktgruppen für die Heizungsseite und die Fußbodenheizungskomponenten können Sie sich auf den entsprechenden Seiten ansehen. (Details: Fußbodenheizung)

02Anhand welcher hydraulischen Daten unterscheidet sich die Fußbodenheizung von der Heizkörperanlage?

Die Fußbodenheizung unterscheidet sich von der Heizkörperanlage durch vier hydraulische Größen: Vorlauftemperatur, Temperaturdifferenz, Volumenstrom und Heizkreislänge. Während eine Heizkörperanlage bei hohen Temperaturen wie 70/55 °C und mit 15-20 K Spreizung arbeitet, arbeitet die Fußbodenheizung mit 35-45 °C Vorlauf und 5-10 K Spreizung. Wird dieselbe Heizleistung mit einer kleineren Temperaturdifferenz transportiert, muss der Volumenstrom zwangsläufig größer werden.

Der zahlenmäßige Vergleich zeigt diesen Unterschied deutlich. 10 kW Heizleistung verlangen in einem Heizkörperkreis, der mit 20 K Temperaturdifferenz arbeitet, 0,43 m³/h Volumenstrom. Dieselben 10 kW verlangen in einem Fußbodenheizkreis, der mit 7 K Differenz arbeitet, 1,23 m³/h Volumenstrom. Der Unterschied beträgt ca. das 2,9-Fache. Da sich der Volumenstrom quadratisch im Druckverlust niederschlägt, kann dieser Anstieg den Reibungsverlust bei gleichem Rohrdurchmesser auf ca. das 8-Fache erhöhen.

Der zweite Unterschied ist die Länge des Kreises. Ein Heizkörper wird mit einem wenige Meter langen Anschluss an die Steigleitung angebunden. Ein Fußbodenheizkreis dagegen wird als ununterbrochenes, einteiliges Rohr im Fußboden hin und zurück verlegt und ist typischerweise 80-120 Meter lang. In einem PEX-Rohr 16x2 mm erzeugt ein 100 Meter langer Heizkreis allein 10-15 kPa Druckverlust; das entspricht dem Verlust vieler gesamter Heizkörperanlagen.

Der dritte Unterschied ist die wärmeabgebende Fläche. Der Heizkörper gibt mit 60-70 °C Oberflächentemperatur Wärme über eine kleine Fläche ab; der Fußboden dagegen gibt mit 24-29 °C Oberflächentemperatur Wärme über den gesamten Raum ab. Nach dem Ansatz der EN 1264 wird die Fußbodenoberflächentemperatur in Aufenthaltsbereichen auf 29 °C, in Bädern auf 33 °C und in den Randzonen nahe der Außenwand auf 35 °C begrenzt. Diese Grenze ist die unmittelbare Ursache dafür, dass die Vorlauftemperatur 45 °C nicht überschreiten darf.

Der vierte Unterschied ist die Trägheit. Die Estrichschicht ist mit 5-8 cm Dicke ein Wärmespeicher, und die Reaktionszeit des Systems wird in Stunden gemessen. Deshalb wird die Fußbodenheizung nicht wie bei Heizkörpern üblich durch häufiges Ein- und Ausschalten gefahren, sondern im Dauerbetrieb bei niedriger Temperatur. Der Dauerbetrieb bedeutet, dass die Umwälzpumpe über lange Zeiträume von 4.000-6.000 Stunden pro Jahr läuft, und macht den Stromverbrauch der Pumpe zu einer Kostenposition, die bei der Investitionsentscheidung berücksichtigt werden muss. (Details: Vorteile der Fußbodenheizung)

03Wie erfolgt die Volumenstromberechnung für die Fußbodenheizung?

Die Volumenstromberechnung für die Fußbodenheizung erfolgt mit einer einzigen Beziehung: Q = kW / (1,163 × ΔT). Dabei ist Q der Volumenstrom in Kubikmetern pro Stunde, kW die Heizleistung des Kreises und ΔT die Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf- und Rücklaufwasser. Der Koeffizient 1,163 ist der Wert der spezifischen Wärmekapazität von Wasser in kWh/(m³·K). Die Formel gilt für sämtliche geschlossenen Heizsysteme; verändert wird lediglich die gewählte Temperaturdifferenz.

Beispiel 1, eine einzelne Wohnung. Die Heizlast beträgt 8,4 kW, die gewählte Temperaturdifferenz 7 K. Rechnung: Q = 8,4 / (1,163 × 7). Der Nenner ergibt 1,163 × 7 = 8,141. Das Ergebnis lautet Q = 8,4 / 8,141 = 1,03 m³/h. Umgerechnet pro Sekunde sind das 1,03 / 3,6 = 0,29 l/s. Wird dieser Volumenstrom ungefähr gleichmäßig auf acht Heizkreise verteilt, ergeben sich pro Heizkreis 0,129 m³/h, also 2,15 l/min.

Beispiel 2, der Einfluss der Temperaturdifferenz. Wenn Sie dieselbe Last von 8,4 kW mit 5 K Differenz transportieren wollen: Q = 8,4 / (1,163 × 5) = 8,4 / 5,815 = 1,44 m³/h. Wird 10 K Differenz gewählt: Q = 8,4 / (1,163 × 10) = 0,72 m³/h. Das heißt, eine Erhöhung der Temperaturdifferenz von 5 K auf 10 K halbiert den Volumenstrom und kann die aufgenommene Leistung der Pumpe grob bis auf ein Viertel senken. Dagegen hat eine große Temperaturdifferenz aus Komfortgründen eine Obergrenze, weil sie am Ende des Heizkreises die Fußbodenoberflächentemperatur absenkt.

In der Praxis liegt der gewählte Bereich bei 5-10 K, und der typische Auslegungswert beträgt 7 K. Bei Systemen mit Kombitherme werden 7-10 K, bei Systemen mit Wärmepumpe 5-7 K bevorzugt; bei der Wärmepumpe erhöht die niedrige Temperaturdifferenz den Wirkungsgrad, indem sie die Kondensationstemperatur senkt. Gibt es eine Mindestvolumenstrom-Vorgabe des Kesselherstellers, darf der berechnete Volumenstrom diese Vorgabe nicht unterschreiten.

Aus dem Volumenstrom pro Heizkreis muss auch die Strömungsgeschwindigkeit überprüft werden. Das PEX-Rohr 16x2 mm hat einen Innendurchmesser von 12 mm und eine innere Querschnittsfläche von ca. 113 mm². 2,15 l/min, also 0,0000358 m³/s Volumenstrom, ergeben in diesem Querschnitt 0,0000358 / 0,000113 = 0,32 m/s Geschwindigkeit. Der Zielbereich in Fußbodenheizkreisen beträgt 0,2-0,5 m/s. Unter 0,15 m/s wird die Entlüftung erschwert, über 0,8 m/s beginnen Strömungsgeräusche.

Nachdem der Gesamtvolumenstrom ermittelt ist, werden Mischergruppe und Pumpe nach demselben Wert ausgewählt. Trennen Sie die Volumenstromberechnung nicht von der Heizlastberechnung: Ist der kW-Wert fehlerhaft, ist auch die Pumpenauswahl fehlerhaft. Zur allgemeinen Methode der Pumpenauswahl in geschlossenen Heizsystemen finden Sie Details in unserem ausführlichen Ratgeber. (Details: Auswahl der Umwälzpumpe)

04Wie wird der Druckverlust eines PEX-Heizkreises ermittelt?

Der Druckverlust eines Fußbodenheizkreises ergibt sich, indem der Reibungsverlust pro Meter mit der Länge des Heizkreises multipliziert wird. Im PEX-Rohr 16x2 mm liegt der Verlust pro Meter bei Volumenströmen um 2 l/min in der Größenordnung von ca. 100-160 Pa/m. Bei einem 100 Meter langen Heizkreis sind das 10.000-16.000 Pa, also 10-16 kPa oder 1,0-1,6 mWS. Wird das eigene Verlustdiagramm des Rohrherstellers verwendet, fällt der Wert genauer aus.

Rechnen wir ein Beispiel. Heizkreislänge 100 m, Volumenstrom 2,15 l/min, Rohr 16x2 mm PEX, mittlere Wassertemperatur 38 °C. Wird aus dem Diagramm ein Verlust pro Meter von 120 Pa/m abgelesen: 100 × 120 = 12.000 Pa = 12 kPa = 1,22 mWS. Zu diesem Wert kommen die Verschraubungen, mit denen der Heizkreis am Verteiler angeschlossen ist, der thermische Stellantrieb in der Rücklaufleitung und der Durchflussmesser in der Vorlaufleitung hinzu; diese drei Bauteile addieren typischerweise 5-10 kPa. Der Gesamtverlust des Heizkreises beträgt dann 17-22 kPa, also 1,7-2,2 mWS.

Der Rohrdurchmesser verändert dieses Bild deutlich. Bei gleichem Volumenstrom sinkt der Verlust pro Meter im Rohr 17x2 mm um etwa ein Drittel, im Rohr 20x2 mm um mehr als die Hälfte. Dagegen verlangt ein dickeres Rohr eine größere Estrichdicke und erhöht die Fußbodenaufbauhöhe. Im Wohnungsbau ist 16x2 mm, in gewerblichen und industriellen Bereichen 20x2 mm die gängige Wahl.

Auch die Obergrenze der Heizkreislänge ergibt sich unmittelbar aus dem Druckverlust. Praktische Obergrenzen sind 100-120 m bei 16-mm-Rohr, 120 m bei 17-mm-Rohr und 150 m bei 20-mm-Rohr. Werden diese Grenzen überschritten, entstehen zwei Probleme zugleich: Der von der Pumpe zu überwindende Druckverlust wächst, und weil die Wassertemperatur am Ende des Heizkreises zu stark abfällt, sinkt die Fußbodenoberflächentemperatur in diesem Bereich spürbar. Zwei kurze Heizkreise in einen Raum zu legen ist immer die bessere Lösung als ein einzelner langer Heizkreis.

Bei der Pumpenauswahl wird nur der Heizkreis mit dem höchsten Verlust berücksichtigt. Bei parallel geschalteten Heizkreisen ist der Gesamtverlust nicht die Summe der Verluste, sondern der größte Einzelwert. Verlieren an einem Verteiler mit acht Heizkreisen sieben Heizkreise 15 kPa und ein Heizkreis 22 kPa, beträgt der von der Pumpe zu überwindende Wert 22 kPa; die übrigen Heizkreise werden über die Durchflussmesser auf dieses Niveau gedrosselt und damit abgeglichen. Deshalb erleichtert es sowohl den Abgleich als auch die Pumpenauswahl, die Heizkreislängen nahe beieinander zu halten.

05Wie wird die Förderhöhe bestimmt? Beispiel anhand einer 120-m²-Wohnung

Die Förderhöhe ist die Summe aus dem Verlust des kritischsten Heizkreises und den Verlusten der Verteilleitung bis zum Verteiler sowie der Mischergruppe. Im geschlossenen Kreislauf geht die statische Höhe nicht in die Rechnung ein; da das Wasser in einem geschlossenen Kreislauf umläuft, belastet die Geschosshöhe die Pumpe nicht. Das ist der grundlegendste Rechenunterschied zwischen der Umwälzpumpe der Fußbodenheizung und der Druckerhöhungsanlage.

Beispielprojekt: 120-m²-Wohnung, Heizlast 8,4 kW, acht Heizkreise, längster Heizkreis 105 m, Verteiler 12 m vom Heizraum entfernt. Schritt 1, Heizkreisverlust: 105 m × 120 Pa/m = 12,6 kPa. Schritt 2, Durchflussmesser und Stellantrieb: 8 kPa. Schritt 3, Verteilergehäuse: 3 kPa. Schritt 4, Vor- und Rücklauf-Verteilleitung zum Verteiler, insgesamt 24 m, im Rohr 26x3 mm bei ca. 150 Pa/m: 3,6 kPa. Schritt 5, Mischergruppe und Dreiwegeventil: 6 kPa.

Summe: 12,6 + 8 + 3 + 3,6 + 6 = 33,2 kPa. Zur Umrechnung in Meter Wassersäule ergibt sich 33,2 / 9,81 = 3,38 mWS. Wird ein Sicherheitszuschlag von 10 Prozent daraufgerechnet, liegt der Auslegungspunkt bei einem Volumenstrom von 1,03 m³/h bei ca. 3,7 mWS. Dieser Punkt liegt bequem unterhalb der Kennlinie eines Gehäuses mit 6 mWS maximaler Förderhöhe.

Übertreiben Sie den Sicherheitszuschlag nicht. Ein Zuschlag von 50 Prozent auf die Förderhöhe hebt die Pumpe in die nächstgrößere Baugröße, verschiebt den Betriebspunkt zum linken oberen Ende der Kennlinie und erhöht den Differenzdruck, wenn die thermischen Stellantriebe schließen, unnötig, sodass Pfeifgeräusche entstehen. Ein Zuschlag von 10-15 Prozent reicht für Rohrverschmutzung und Berechnungstoleranz aus.

Nachdem der Betriebspunkt vorliegt, werden an der Pumpenkennlinie zwei Kontrollen durchgeführt. Die erste: Der Auslegungspunkt liegt im mittleren Bereich der Kennlinie; die zweite: Die Pumpe kann, wenn alle Heizkreise geschlossen sind, auf den Mindestvolumenstrom herunterfahren und stehen bleiben oder in den automatischen Nachtabsenkungsmodus wechseln. Bei Hocheffizienzpumpen werden beide Verhaltensweisen elektronisch gesteuert. Für sämtliche Komponenten der Heizungsanlage werfen Sie einen Blick auf unsere Produktgruppe. (Details: Heizung)

06Warum ist der Konstantdruckbetrieb bei der Fußbodenheizung die richtige Betriebsart?

Der Konstantdruckbetrieb, also Δp-c, bedeutet, dass die Pumpe an ihrem Austritt auch bei veränderlichem Volumenstrom einen konstanten Differenzdruck hält. Bei der Fußbodenheizung ist das die richtige Betriebsart, weil sich der größte Teil des Druckverlusts des Systems in den Heizkreisen mit fester Länge und im Verteiler konzentriert; der Anteil der Verteilleitung ist klein. Wenn ein Raumthermostat schließt und ein Heizkreis außer Betrieb geht, ändert sich der von den übrigen Heizkreisen benötigte Differenzdruck nicht, und deshalb darf auch die Pumpe diesen Druck nicht absenken.

Der Proportionaldruckbetrieb, also Δp-v, senkt den Differenzdruck mit abnehmendem Volumenstrom ebenfalls linear ab. Dieses Verhalten ist bei Heizkörperanlagen richtig, bei denen der größte Teil des Verlusts in langen Verteilsträngen liegt: Wenn ein Heizkörper schließt, nimmt die Strömung im Strang ab, der Strangverlust sinkt, und die Pumpe muss weniger Druck erzeugen. Wird dieselbe Logik auf die Fußbodenheizung angewendet, sinkt mit jedem geschlossenen Heizkreis auch der Volumenstrom der offen gebliebenen Heizkreise, und diese Räume werden nicht warm.

Die praktische Faustregel für die Unterscheidung lautet: Liegt der Anteil der Verteilleitung am gesamten Druckverlust unter 30 Prozent, wird der Konstantdruckbetrieb gewählt, liegt er darüber, der Proportionaldruckbetrieb. Im obigen 120-m²-Beispiel beträgt die Verteilleitung mit 3,6 kPa nur 11 Prozent der gesamten 33,2 kPa; die Entscheidung ist eindeutig. Befinden sich in einem mehrgeschossigen Gebäude die Verteiler 40-60 m vom Heizraum entfernt, kann dieser Anteil 30 Prozent übersteigen, und der Proportionaldruckbetrieb kommt in Betracht.

Auch der Einstellwert ist wichtig. Im Konstantdruckbetrieb wird an der Pumpe ein Ziel-Differenzdruck festgelegt, und dieser Wert wird gleich der berechneten Förderhöhe eingegeben. Für die 3,7 mWS aus dem Beispiel wird die Pumpe auf den Bereich 3,5-4,0 mWS eingestellt. Ab Werk kommen die meisten Pumpen mit dem Maximalwert; ihn dabei zu belassen bedeutet Pfeifen an den Stellantrieben, Strömungsgeräusche im Verteiler und unnötigen Stromverbrauch.

Bei der Grundfos ALPHA2 gibt es außerdem einen dritten Modus namens AUTOADAPT; die Pumpe beobachtet das Verhalten des Systems und verschiebt den Sollwert selbst. Bei der Fußbodenheizung liefert dieser Modus ein akzeptables Ergebnis, sorgt jedoch an einem nicht abgeglichenen Verteiler nicht von selbst für einen Ausgleich. In einem sauber dimensionierten System ist der Konstantdruckbetrieb wegen seines vorhersehbaren Verhaltens nach wie vor die erste Wahl. Zu den Kostenpositionen der Energieeinsparung können Sie unseren entsprechenden Ratgeber lesen. (Details: Energieeffizienz in mechanischen Anlagen)

07Wozu dient die Verteilergruppe, und wie beeinflusst sie die Pumpenauswahl?

Die Verteilergruppe ist ein Verteilelement mit Messing- oder Edelstahlgehäuse, das die Hauptvor- und -rücklaufleitungen auf die Heizkreise im Fußboden aufteilt und es erlaubt, den Volumenstrom jedes Heizkreises einzeln einzustellen und abzusperren. Im Vorlaufverteiler befinden sich Durchflussmesser, im Rücklaufverteiler die Sitze für die thermischen Stellantriebe. Sie beeinflusst die Pumpenauswahl auf zwei Wegen: Gehäuseverlust und Stellantriebsverlust werden zum gesamten Druckverlust addiert, die Drosselung mit den Durchflussmessern wiederum bestimmt den tatsächlichen Betriebspunkt des Systems.

Der Durchflussmesser ist ein Einstellelement mit transparentem Gehäuse, das den Bereich von 0,5-5 l/min pro Heizkreis anzeigt. Der berechnete Heizkreisvolumenstrom wird auf dieser Skala abgelesen und mit der Drosselschraube eingestellt. Im Beispielsystem mit acht Heizkreisen wird jeder Heizkreis auf 2,15 l/min eingestellt; kurze Heizkreise werden stärker gedrosselt, der lange Heizkreis bleibt vollständig geöffnet. Dieser Vorgang heißt hydraulischer Abgleich; unterbleibt er, werden einige Räume überheizt, während andere kalt bleiben.

Die Schritte des Abgleichs sind der Reihe nach wie folgt. Zuerst werden alle Stellantriebe abgenommen oder von Hand in die geöffnete Stellung gebracht. Danach wird die Anlage befüllt und jeder Heizkreis einzeln über die Füll- und Entleerarmaturen gespült, bis keine Luft mehr austritt. Anschließend wird die Pumpe mit der Auslegungseinstellung in Betrieb genommen, und die Durchflussmesser werden, beginnend beim längsten Heizkreis, auf die Zielwerte gedrosselt. Im letzten Schritt wird bei geöffneten Heizkreisen der Gesamtvolumenstrom kontrolliert; der gemessene Gesamtwert muss innerhalb von 10 Prozent des berechneten Werts von 1,03 m³/h liegen.

Auch die Zahl der Verteilerabgänge hat eine Obergrenze. Mehr als 12 Abgänge an einem einzelnen Verteiler lassen die Strömungsgeschwindigkeit im Verteilergehäuse und damit den Verlust rasch ansteigen. Bei Projekten mit mehr als 12 Heizkreisen ist es die richtigere Lösung, zwei getrennte Verteiler zu installieren und jeden Verteiler über eine eigene Mischergruppe zu speisen. In diesem Fall erfolgt auch die Pumpenauswahl pro Verteiler.

Auch die Lage des Verteilerschranks geht in die Rechnung ein. Den Schrank nahe dem geometrischen Mittelpunkt der Wohnung zu platzieren verkürzt den längsten Heizkreis und senkt die erforderliche Förderhöhe. Den Verteiler an das eine Ende der Wohnung zu setzen macht es erforderlich, zum Raum am gegenüberliegenden Ende einen Heizkreis von mehr als 120 Metern zu legen, und verlangt eine Pumpe der nächstgrößeren Baugröße. Für Verteiler, Armaturen und Stellantriebe können Sie sich unsere Produktgruppe ansehen. (Details: Ventile & Armaturen)

08Wie werden Mischergruppe und Dreiwegeventil ausgewählt?

Die Mischergruppe ist eine fertige Baugruppe, die das vom Kessel kommende Wasser mit 60-80 °C durch Beimischung des Fußbodenheizungs-Rücklaufwassers auf den Bereich von 35-45 °C herabsetzt. Sie enthält ein Dreiwegeventil, eine Umwälzpumpe, Vor- und Rücklaufthermometer, ein Rückschlagventil und bei den meisten Modellen einen Sicherheitstemperaturbegrenzer (STB). Die Umwälzpumpe der Fußbodenheizung wird in der Regel werkseitig in diese Baugruppe eingebaut geliefert.

Das Dreiwegeventil ist das Herzstück der Mischung. Es nimmt einen Teil des heißen Wassers vom Kessel auf, mischt den Rest mit dem lauwarmen Wasser aus dem Fußbodenheizungs-Rücklauf und schickt dem Verteiler Wasser mit konstanter Temperatur. Es gibt zwei Ansteuerungsmöglichkeiten: Thermostatkopf und motorischer Stellantrieb. Der Thermostatkopf arbeitet im Einstellbereich von 20-50 °C mechanisch und ist von der Außentemperatur unabhängig. Der motorische Stellantrieb dagegen wird an ein Regelungspanel angeschlossen und verschiebt mit der witterungsgeführten Regelung die Vorlauftemperatur nach der Wetterlage.

Welche Lösung passt zu wem? In Systemen mit einer einzelnen Wohnung, einem einzelnen Verteiler und Kombitherme genügt ein Dreiwegeventil mit Thermostatkopf; die Installation ist einfach und erfordert keinen Elektroanschluss. In Systemen mit mehreren Verteilern, mit Wärmepumpe oder mit witterungsgeführter Regelung wird der motorische Stellantrieb gewählt; indem er die Vorlauftemperatur beispielsweise bei 0 °C Außentemperatur auf 42 °C und bei 10 °C auf 32 °C verschiebt, bringt er eine deutliche Einsparung bei der Jahresenergie.

Der Sicherheitstemperaturbegrenzer ist nicht optional. Fällt das Dreiwegeventil aus, kann das Kesselwasser direkt in den Estrich gelangen; 70 °C heißes Wasser belastet das PEX-Rohr im Estrich und den Bodenbelag dauerhaft. Ein am Verteilervorlauf angebrachter Sicherheitstemperaturbegrenzer, der die Pumpe typischerweise bei 50-55 °C abschaltet, beseitigt dieses Risiko mit einem einzigen Bauteil. Bei Fußböden mit Holzparkett wird die Einstellung auf 45 °C gesenkt.

Auch der eigene Druckverlust der Mischergruppe liegt in der Größenordnung von 4-8 kPa und hängt vom Kvs-Wert des gewählten Ventils ab. Ein Ventil mit Kvs 4 verliert bei 1,0 m³/h Volumenstrom ca. 6 kPa; bei Kvs 6,3 bleibt der Verlust beim selben Volumenstrom bei ca. 2,5 kPa. Ein unnötig großes Ventil senkt den Verlust, beeinträchtigt aber die Mischgenauigkeit; Ziel ist es, dass das Ventil beim Auslegungsvolumenstrom bei 40-70 Prozent Öffnung arbeitet. Zur Auswahl von Motorventilen und zu den Stellantriebstypen können Sie unseren Ratgeber lesen. (Details: Motorventil-Ratgeber)

09Wann ist eine hydraulische Weiche erforderlich?

Die hydraulische Weiche ist ein senkrecht stehendes Gehäuse mit großem Querschnitt, das den Kesselkreis und die Verbraucherkreise hydraulisch voneinander trennt. Ihre Aufgabe ist es, die Volumenströme der beiden Kreise voneinander unabhängig zu machen. Während die Kesselpumpe ihren eigenen konstanten Volumenstrom umwälzt, wälzt die Pumpe der Fußbodenheizung ihren eigenen veränderlichen Volumenstrom um, und die beiden stören sich gegenseitig nicht im Betriebspunkt.

Eine hydraulische Weiche ist in drei Fällen erforderlich. Erstens, wenn mehrere Verbraucherkreise vorhanden sind: In Systemen, in denen Fußbodenheizung, Heizkörper und Warmwasserspeicher-Ladung aus demselben Kessel gespeist werden, hat jeder Kreis seine eigene Pumpe, und diese zu trennen ist zwingend. Zweitens, wenn die Mindestvolumenstrom-Vorgabe des Kessels höher ist als der Volumenstrom des Verbraucherkreises. Drittens, wenn eine Wärmepumpe verwendet wird; Wärmepumpen benötigen während des Abtauzyklus einen stabilen Mindestvolumenstrom.

Die Dimensionierung der hydraulischen Weiche erfolgt nach dem Volumenstrom. Angestrebt wird, dass die senkrechte Strömungsgeschwindigkeit im Gehäuse im Bereich von 0,1-0,2 m/s bleibt; diese Geschwindigkeit erlaubt es den Mikroblasen, nach oben zu steigen und über den oberen Entlüfter abgeführt zu werden, und dem Sediment, sich zur unteren Entleerung abzusetzen. Typische Wahl ist ein Gehäuse DN 50 bei 2,0 m³/h Gesamtvolumenstrom und DN 65 bei 5,0 m³/h. Der senkrechte Abstand zwischen den Anschlussstutzen sollte mindestens das Dreifache des Durchmessers betragen.

In Systemen mit einem einzelnen Verteiler, einer einzelnen Wohnung und ausschließlich Fußbodenheizung ist keine hydraulische Weiche erforderlich. In diesem Fall arbeiten die eigene Pumpe der Kombitherme und die Pumpe in der Mischergruppe in Reihe; die Förderhöhen der beiden Pumpen addieren sich, die Volumenströme sind jedoch gleich. Bei dieser Konfiguration ist es entscheidend zu überprüfen, dass das Rückschlagventil in der Mischergruppe in der richtigen Richtung eingebaut ist, da die Kesselpumpe andernfalls das heiße Wasser direkt in den Verteiler drücken kann.

Die Stelle der hydraulischen Weiche kann statt eines hydraulischen Abscheiders auch ein parallel angeschlossener Verteiler-Sammler einnehmen. Das gemeinsame Ziel der beiden Elemente ist dasselbe: die Pumpen voneinander zu trennen, statt sie miteinander zu verbinden. Auch das Ausdehnungsvolumen des Systems muss an dieser Stelle richtig berechnet werden; das Wasservolumen der Fußbodenheizung ist im Vergleich zur Heizkörperanlage hoch. (Details: Berechnung des Ausdehnungsgefäßes)

10Grundfos ALPHA2, UPM3 und Wilo Yonos PICO: Welche passt zu welchem Projekt?

Die vier bei der Fußbodenheizung am häufigsten eingesetzten Produktfamilien sind Grundfos ALPHA2, Grundfos UPM3, Wilo Yonos PICO und Wilo Stratos PICO. Alle vier sind Nassläuferpumpen mit permanentmagneterregtem Motor, bei denen der EEI-Wert nach EN 16297 gemessen wird. Der Unterschied liegt in der Vielfalt der Regelungsarten, in der Bedienoberfläche und in der Art der Einbindung in die Anlage; die hydraulischen Gehäuseabmessungen überschneiden sich weitgehend.

  • Grundfos ALPHA2 25-60 — Die im Wohnungsbau am weitesten verbreitete Wahl. 6 mWS maximale Förderhöhe, neben Konstantdruck- und Proportionaldruckbetrieb der autonome Modus AUTOADAPT. Die Anzeige von momentaner Leistung und Volumenstrom erleichtert bei der Inbetriebnahme die Kontrolle des Abgleichs. Bei Wohnungen von 120-200 m² und auf der Ebene eines freistehenden Geschosses fällt der Auslegungspunkt in die Mitte der Kennlinie.
  • Grundfos UPM3 — Eine OEM-Familie, die von Herstellern von Kombithermen und Mischergruppen in das Gehäuse eingebaut wird. Statt eines Displays bietet sie eine LED-Anzeige und über das PWM-Signal die Möglichkeit der externen Regelung; die eigene Platine der Kombitherme steuert die Pumpendrehzahl nach der Modulation. Bei fertigen Mischergruppen erfolgt die Einstellung dieser Pumpe, ohne sie auszubauen, über die Modustaste an der Pumpe.
  • Wilo Yonos PICO 25/1-6 — Eine Pumpe der Wohnungsbauklasse mit Konstantdruck-, Proportionaldruck- und Nachtabsenkungsbetrieb, mit rotem Einstellknopf und Leistungsanzeige. Der Einstellbereich von 1-6 mWS deckt den Bedarf der Fußbodenheizung von 2-4 mWS vollständig ab. Dass sich der Einstellwert über die Anzeige in Watt ablesen lässt, macht eine zu hohe Einstellung vor Ort sofort sichtbar.
  • Wilo Stratos PICO — Deckt denselben Bereich wie die Yonos PICO mit einer reichhaltigeren Bedienoberfläche und dynamischen Adaptionsfunktionen ab. Sie wird in Wohngebäuden mit mehreren Verteilern, Zonenregelung und Anbindung an die Gebäudeautomation bevorzugt. Die Anzeige des kumulierten Energieverbrauchs ist in Projekten nützlich, in denen die jährlichen kWh nachverfolgt werden sollen.
  • Gemeinsame Grenze — Das typische Wohnungsbau-Gehäuse aller vier hat eine Verschraubung DN 25 mit 130 mm oder 180 mm Einbaulänge. Beim nachträglichen Einbau einer Pumpe in eine Mischergruppe muss unbedingt überprüft werden, welches dieser beiden Maße erforderlich ist; eine falsche Einbaulänge macht Adapter notwendig und bringt zusätzliche Verluste mit sich.
  • Das klare Urteil zur Auswahl — Für eine Wohnung mit einem einzelnen Verteiler genügt die Grundfos ALPHA2 25-60 oder die Wilo Yonos PICO 25/1-6. Bei einer in die Kombitherme integrierten Mischergruppe wird die Grundfos UPM3 bereits vorinstalliert geliefert und muss nicht ausgetauscht werden. In einem Projekt mit mehreren Zonen, Automation und gewünschter Energieüberwachung wird die Wilo Stratos PICO gewählt.

Das zweite Kriterium bei der Markenentscheidung sind Service und Ersatzteile. Die Pumpe der Fußbodenheizung läuft 4.000-6.000 Stunden pro Jahr und hat eine typische Lebensdauer von 10-15 Jahren; dass sich während dieser Zeit ein gleichwertiges Modell in derselben Baugröße beschaffen lässt, erspart Ihnen, die Installation neu zu verrohren. Informationen zu den von uns geführten Marken und zum Sortimentsumfang finden Sie auf der entsprechenden Seite. (Details: unsere Markenseite)

11Wie verändern Rehau und Fränkische Rohrsysteme die Auswahl?

Das Rohrsystem beeinflusst die Auswahl der Umwälzpumpe für die Fußbodenheizung über Innendurchmesser und Rauheit. Rehau RAUTHERM S ist eine Rohrfamilie aus peroxidisch vernetztem Polyethylen, also PE-Xa, und enthält eine Sperrschicht gegen Sauerstoffdiffusion. Fränkische alpex dagegen ist eine mehrschichtige Verbundrohrfamilie mit Aluminium-Zwischenschicht; sie hat kein Formgedächtnis und bleibt dort, wo sie gebogen wird, in der Form.

Der hydraulische Unterschied der beiden Aufbauten zeigt sich im Innendurchmesser. Bei der Nennabmessung 16x2 mm beträgt der Innendurchmesser eines PE-Xa-Rohrs 12,0 mm, während er sich bei einem Verbundrohr mit Aluminiumschicht je nach Wandstärkenverteilung im Bereich von 11,5-12,0 mm bewegen kann. Ein Innendurchmesserunterschied von 0,5 mm kann den Druckverlust pro Meter bei gleichem Volumenstrom um 15-20 Prozent verändern. Bei einem 100 Meter langen Heizkreis bedeutet das einen Unterschied von 2-3 kPa und ändert für sich allein nicht das Pumpengehäuse, schlägt sich jedoch im Einstellwert nieder.

Der eigentlich entscheidende Unterschied liegt auf der Montageseite. Das Formgedächtnis des PE-Xa-Rohrs sorgt dafür, dass es beim Erwärmen mit Heißluft in seinen früheren Zustand zurückkehrt; das bedeutet, dass bei der Montage entstandene Quetschungen ausgeglichen werden können. Das Verbundrohr ist dagegen wegen seines kleinen Biegeradius in engen Kurven und bei dichtem Rohrabstand im Vorteil. Wenn der Rohrabstand auf 10 cm sinkt, steigt die Montagegeschwindigkeit des Verbundrohrs deutlich.

Die Sauerstoffsperre fällt bei beiden Familien unter die DIN 4726 und ist keine Frage der Präferenz, sondern Pflicht. In einer Fußbodenheizung mit Rohr ohne Sperrschicht diffundiert fortwährend Sauerstoff ins Wasser; die Folgen sind Korrosion im Stahlkesselgehäuse und im Pumpengehäuse, Verschlammung im System und Verstopfung der Durchflussmesser. Hier liegt die Ursache eines nennenswerten Teils der frühen Pumpenausfälle, die wir vor Ort sehen.

Auch der Rohrabstand bestimmt die Pumpenlast unmittelbar. 10 cm Abstand bedeuten gegenüber 20 cm Abstand auf derselben Fläche ca. die doppelte Rohrlänge; die Zahl der Heizkreise steigt, der Volumenstrom pro Heizkreis sinkt, aber Gesamtvolumenstrom und Verteilerverlust wachsen. Eine gemischte Verlegung mit 10 cm Abstand in den Randzonen und 15-20 cm in den Innenzonen liefert sowohl für den Komfort als auch für die Pumpenlast ein ausgewogenes Ergebnis. Für Rohre, Fittings und Installationsmaterial werfen Sie einen Blick auf unsere Produktgruppe. (Details: Installationstechnik)

12Zwei Pumpen oder eine Pumpe im Mischsystem aus Heizkörpern und Fußbodenheizung?

Im Mischsystem aus Heizkörpern und Fußbodenheizung ist die Regel eindeutig: Zwei Kreise verlangen zwei getrennte Pumpen. Der Grund lässt sich in einem Satz zusammenfassen; die beiden Kreise arbeiten mit unterschiedlicher Temperatur und unterschiedlichem Volumenstrom, und eine einzelne Pumpe kann beide nicht gleichzeitig richtig versorgen. Der Heizkörperkreis verlangt 70 °C und niedrigen Volumenstrom, der Fußbodenheizkreis 40 °C und hohen Volumenstrom.

Einzelpumpenlösungen sind nur in Sonderfällen akzeptabel, in denen die Fußbodenheizung einen kleinen Teil der Gesamtlast ausmacht. Soll beispielsweise in einer mit Heizkörpern beheizten Wohnung nur im Bad auf 12 m² eine Fußbodenheizung eingebaut werden, kann es sinnvoll sein, den Badkreis über ein thermostatisches Mischventil und einen kleinen Verteiler aus der Heizkörperleitung zu speisen. Auch in diesem Fall sind Mischventil und Sicherheitstemperaturbegrenzer zwingend.

  • Temperaturmanagement — Zwei Pumpen: Heizkörper 70/55 °C, Fußbodenheizung 40/33 °C werden unabhängig geregelt; Eine Pumpe: Eine einzige Vorlauftemperatur wird beiden Kreisen aufgezwungen, die Heizkörper reichen bei niedriger Temperatur nicht aus oder der Fußboden überhitzt
  • Volumenstrommanagement — Zwei Pumpen: Jeder Kreis arbeitet mit seinem eigenen berechneten Volumenstrom; Eine Pumpe: Der hohe Volumenstrom der Fußbodenheizung belastet den Heizkörperkreis unnötig, an den Heizkörpern beginnen Strömungsgeräusche
  • Regelungsart — Zwei Pumpen: Für den Heizkörper Proportionaldruck, für die Fußbodenheizung Konstantdruckbetrieb, jeweils getrennt gewählt; Eine Pumpe: Eine einzige Betriebsart ist für beide Kreise ein Kompromiss, keiner von beiden arbeitet im besten Punkt
  • Sicherheit — Zwei Pumpen: Für den Fußbodenheizkreis wird ein eigener Sicherheitstemperaturbegrenzer gesetzt, bei einer Störung steht nur dieser Kreis still; Eine Pumpe: Wenn der Thermostat den Kreis abschaltet, stehen auch die Heizkörper still
  • Abgleich — Zwei Pumpen: Jeder Kreis wird in sich abgeglichen und beeinflusst den anderen nicht; Eine Pumpe: Eine Ventilbewegung in einem Kreis verschiebt den Volumenstrom des anderen, ein stabiler Abgleich lässt sich nicht herstellen
  • Stromverbrauch — Zwei Pumpen: Zwei Pumpen mit je 5-45 W, der gesamte Jahresverbrauch liegt typischerweise bei 120-220 kWh; Eine Pumpe: Weil eine einzelne große Pumpe dauerhaft in einem hohen Punkt arbeitet, kann er auf 250-400 kWh steigen
  • Kostenpositionen der Anfangsinvestition — Zwei Pumpen: Die zweite Pumpe, die hydraulische Weiche und die zusätzliche Mischergruppe kommen als Positionen hinzu; Eine Pumpe: Diese Positionen entfallen, werden aber bei Komfort und Betrieb wieder ausgeglichen
  • Das klare Urteil — Übersteigt die Fußbodenheizungsfläche 20 Prozent der gesamten beheizten Fläche, werden zwei getrennte Pumpen und eine hydraulische Weiche installiert; liegt sie darunter, kann eine Einzelpumpenlösung mit thermostatischem Mischventil in Betracht gezogen werden

Der richtige Aufbau eines Mischsystems sieht so aus: Der Kesselausgang wird an die hydraulische Weiche angeschlossen. Von der hydraulischen Weiche gehen zwei Kreise ab. Der erste Kreis führt mit eigener Pumpe und im Proportionaldruckbetrieb zum Heizkörperstrang. Der zweite Kreis führt mit eigener Pumpe und im Konstantdruckbetrieb zur Mischergruppe mit Dreiwegeventil. Ist eine Warmwasserspeicher-Ladung vorhanden, wird sie als dritter Kreis aus demselben Behälter entnommen.

Auch auf der Regelungsseite bleibt die Trennung bestehen. Der Heizkörperkreis wird über Raumthermostat oder Thermostatventile geregelt; der Fußbodenheizkreis wird Raum für Raum über Stellantriebe und über die Kompensation der Vorlauftemperatur geregelt. Beide Kreise über denselben Thermostat anzusteuern führt nie zu einem guten Ergebnis, weil ihre Trägheit sehr unterschiedlich ist. Der Estrich reagiert in Stunden, der Heizkörper in Minuten.

13Wie verändert sich die Pumpenauswahl bei der Fußbodenheizung mit Wärmepumpe?

In Systemen mit Wärmepumpe verändert sich die Pumpenauswahl für die Fußbodenheizung an zwei Punkten: Die Temperaturdifferenz wird enger, und die Mindestvolumenstrom-Vorgabe wird verbindlich. Wärmepumpen erreichen ihren höchsten Wirkungsgrad typischerweise bei 5 K Temperaturdifferenz; der für dieselbe Heizleistung erforderliche Volumenstrom ist doppelt so groß wie bei einer Kombitherme, die mit 10 K arbeitet. Das kann eine Pumpe der nächstgrößeren Baugröße erfordern.

Beispiel: 8,4 kW Last, 5 K Differenz. Q = 8,4 / (1,163 × 5) = 1,44 m³/h. Dieselbe Last ergäbe bei 10 K Differenz 0,72 m³/h. Verdoppelt sich der Volumenstrom, steigt der Druckverlust auf etwa das Vierfache; der Systemverlust von 33 kPa kann in diesem Szenario auf die Größenordnung von 60-70 kPa klettern, und das 6-mWS-Gehäuse stößt an seine Grenze. Deshalb ist es bei Projekten mit Wärmepumpe die effizientere Lösung, den Rohrdurchmesser um eine Stufe zu vergrößern, statt die Pumpe zu vergrößern.

Der zweite Unterschied ist die Vorgabe der Wärmepumpe zu Abtauung und Mindestbetriebsvolumenstrom. Gerätehersteller geben in der Regel einen bestimmten Mindestvolumenstrom pro kW an, und wenn alle Raumthermostate geschlossen sind, darf dieser Volumenstrom nicht unterschritten werden. Die Lösung besteht darin, am Verteiler einen Differenzdruck-Bypass vorzusehen oder einen Pufferspeicher zu verwenden. Statt des Bypasses wird der Pufferspeicher bevorzugt, weil er die Laufzeit der Wärmepumpe verlängert und häufiges Takten verhindert.

Der dritte Unterschied liegt bei der Vorlauftemperatur. Bei der Wärmepumpe bedeutet jedes 1 °C niedrigere Vorlauftemperatur ca. 2-2,5 Prozent Gewinn bei der saisonalen Effizienz. Deshalb wird bei der Fußbodenheizung mit Wärmepumpe als Auslegungsvorlauftemperatur 35 °C statt 45 °C angestrebt; um das zu erreichen, wird der Rohrabstand von 15-20 cm auf 10-15 cm verringert. Die Rohrmeter nehmen zu, der Verteilerverlust wächst, und die Pumpenauswahl erfolgt wiederum nach diesem neuen Verlust.

Wärmepumpe und Fußbodenheizung gemeinsam zu konzipieren ist etwas anderes, als die beiden Systeme jeweils für sich richtig auszuwählen; Vorlauftemperatur, Rohrabstand, Pufferspeichervolumen und Pumpenauswahl werden in einer einzigen Rechnung gemeinsam gelöst. Sie können sich unsere Produktgruppe Wärmepumpen und unseren Ratgeber zum Thema ansehen. (Details: Wärmepumpen)

14Wie viel Strom verbraucht die Pumpe der Fußbodenheizung?

Eine Umwälzpumpe für die Fußbodenheizung im Wohnungsbau nimmt im Durchschnitt über die Heizperiode 8-25 W auf, und ihr Jahresverbrauch liegt im Bereich von 40-120 kWh. Dieser Wert ist deutlich niedriger als die konstante Aufnahme von 45-90 W und der Jahreswert von 250-450 kWh der vor zehn Jahren verbreiteten dreistufigen Asynchronpumpen. Den Unterschied machen der permanentmagneterregte Motor und die elektronische Regelung, die die Drehzahl nach dem Bedarf verändert.

Rechnen wir Schritt für Schritt. Bei einer Heizperiode von 210 Tagen und der Annahme von 22 Stunden Dauerbetrieb pro Tag beträgt die Laufzeit 210 × 22 = 4.620 Stunden. Bei einer durchschnittlich aufgenommenen Leistung von 15 W ergibt sich ein Jahresverbrauch von 4.620 × 15 / 1.000 = 69,3 kWh. Eine ältere Pumpe, die im selben System konstant 70 W aufnimmt, verbraucht 4.620 × 70 / 1.000 = 323 kWh. Der Unterschied beträgt rund 254 kWh pro Jahr.

Die einzelne größte Variable, die diesen Verbrauch bestimmt, ist der Sollwert der Pumpe. Eine Pumpe, die statt auf 3,5 mWS auf 6,0 mWS eingestellt bleibt, erhöht ihre durchschnittliche Leistung im selben System von 15 W auf 35-40 W. Den Einstellknopf auf den richtigen Wert zu bringen spart ganz ohne Kostenposition 90-120 kWh pro Jahr. Dass dieser Schritt bei der Inbetriebnahme ausgelassen wird, ist der Verlust, den wir vor Ort am häufigsten sehen.

Die Effizienzkennzahl ist der EEI. Die Verordnung ErP 641/2009 schreibt für externe Umwälzpumpen vor, dass der EEI-Wert unter 0,23 liegen muss; die heute verkauften Hocheffizienzpumpen der Wohnungsbauklasse werden typischerweise mit einem EEI-Wert von EEI ≤ 0,20 gekennzeichnet. Das Messverfahren ist in der EN 16297 definiert. Ein kleiner EEI-Wert auf dem Etikett zeigt unmittelbar, dass die Pumpe dieselbe hydraulische Arbeit mit weniger Strom verrichtet.

Berücksichtigen Sie auch die Nachtabsenkungsfunktion. Die Pumpe, die das Absinken der Kesselvorlauftemperatur erkennt, verringert ihre Drehzahl im Nachtbetrieb automatisch. Bei der Fußbodenheizung fällt der Gewinn dieser Funktion kleiner aus als beim Heizkörper, weil der Estrich ohnehin im Dauerbetrieb arbeitet; der jährliche Gewinn liegt typischerweise im Bereich von 5-10 Prozent. Dennoch ist sie nicht überflüssig und senkt die mittlere Leistung der Pumpe um einige Watt.

15Die Pumpe der Fußbodenheizung macht Geräusche: Ursachen und Lösung

Die Beschwerde, die Pumpe der Fußbodenheizung mache Geräusche, hat vier Hauptursachen: Luft im System, eine zu hohe Einstellung, ein verstopfter Filter und eine falsche Baugrößenwahl. Der schnellste Weg, die Geräuschquelle zu unterscheiden, ist, auf den Charakter des Geräuschs zu hören. Wasserrauschen und Gluckern deuten auf Luft, Pfeifen und hohe Töne auf zu hohen Differenzdruck, Brummen und Schwingungen auf ein mechanisches Problem.

Luft ist die häufigste Ursache. In einem frisch befüllten System scheidet sich die im Wasser gelöste Luft beim Erwärmen in Form von Mikroblasen ab und sammelt sich an den höchsten Punkten der Heizkreise. Das Anzeichen ist ein anhaltendes Rauschen, das zu hören ist, wenn man das Ohr an den Verteiler legt, und dass einige Räume gar nicht warm werden. Die Lösung besteht darin, die Heizkreise einzeln zu spülen: Am Verteiler wird nur ein einzelner Heizkreis geöffnet, über die Nachfüllarmatur wird Wasser unter Druck zugeführt, und es wird über die Entleerung abgelassen, bis keine Luft mehr austritt. Der Vorgang wird für jeden Heizkreis gesondert wiederholt.

Eine zu hohe Einstellung ist die zweite Ursache, und ihr charakteristisches Geräusch ist das Pfeifen. Überschreitet der Differenzdruck am thermischen Stellantrieb 20-25 kPa, beschleunigt sich die Strömung im Drosselquerschnitt des Ventils und erzeugt einen hohen Ton. Beginnt das Geräusch, wenn ein Raumthermostat schließt, und verschwindet es, wenn alle Räume geöffnet sind, ist die Diagnose eindeutig. Die Lösung besteht darin, die Pumpeneinstellung auf den berechneten Wert zu senken; im Beispielsystem beseitigt die Absenkung von 6,0 mWS auf 3,5 mWS das Geräusch vollständig.

Die dritte Ursache ist die Verstopfung. Schlamm im System setzt die Durchflussmesser des Verteilers und den Schmutzfänger am Pumpeneintritt zu. Das Anzeichen ist, dass der Volumenstrom trotz richtiger Pumpeneinstellung sinkt und aus dem Pumpengehäuse ein Brummen kommt. Bei Systemen mit Rohr ohne Sperrschicht oder bei Systemen, die lange ungewartet geblieben sind, ist der Einbau eines Magnetschlammabscheiders die dauerhafte Lösung. Zu den Wartungsintervallen können Sie unseren Ratgeber lesen. (Details: Pumpenwartung)

Die vierte Ursache ist die Körperschallübertragung. Ist das Pumpengehäuse an ein direkt an der Wand befestigtes Metallrohr angeschlossen, breiten sich die Schwingungen des Motors im Bauwerk aus und sind im Nachbarraum zu hören. Den Verteilerschrank mit elastischen Dämpfern an der Wand zu montieren, vor und hinter der Pumpe kurze flexible Verbindungen einzusetzen und bei den Rohrschellen Gummilager zu verwenden, senkt dieses Geräusch typischerweise um 6-10 dB(A). Im Wohnungsbau wird angestrebt, dass der in 1 m Abstand vom Verteilerschrank gemessene Schallpegel unter 35 dB(A) bleibt.

16Die 5 häufigsten Fehler

Die folgenden fünf Fehler sind diejenigen, denen wir bei der Auswahl und Inbetriebnahme der Pumpe für die Fußbodenheizung vor Ort am häufigsten begegnen und die sich am leichtesten vermeiden lassen.

  • Fehler 1 — Die Pumpe in der Werkseinstellung, also auf maximaler Förderhöhe, belassen: Eine Pumpe, die statt auf den berechneten 3,5 mWS auf 6,0 mWS läuft, erzeugt Pfeifgeräusche an den Stellantrieben und steigert den Jahresverbrauch von 70 kWh auf 160 kWh. Der letzte Schritt der Inbetriebnahme besteht immer darin, den Sollwert auf den berechneten Wert zu setzen.
  • Fehler 2 — Bei der Fußbodenheizung den Proportionaldruckbetrieb wählen: Mit jedem geschlossenen Heizkreis senkt die Pumpe den Differenzdruck, der Volumenstrom der offen gebliebenen Räume nimmt ab, und diese Räume werden nicht warm. In jedem System mit einem Verteilleitungsanteil unter 30 Prozent wird der Konstantdruckbetrieb gewählt.
  • Fehler 3 — Einen Verteiler installieren, ohne die Heizkreislängen anzugleichen: Heizkreise von 60 m und 120 m an demselben Verteiler machen den Abgleich mit Durchflussmessern nahezu unmöglich und führen dazu, dass die Pumpe höher als nötig eingestellt wird. Der Unterschied zwischen den Heizkreislängen darf 25 Prozent nicht überschreiten.
  • Fehler 4 — Keinen Sicherheitstemperaturbegrenzer in die Mischergruppe setzen: Fällt das Dreiwegeventil aus, gelangt 70 °C heißes Kesselwasser direkt in den Estrich; PEX-Rohr, Estrich und Bodenbelag werden beschädigt. Ein Thermostat, der die Pumpe bei 50-55 °C abschaltet, beseitigt dieses Risiko mit einem einzigen Bauteil.
  • Fehler 5 — Im Mischsystem Heizkörper und Fußbodenheizung mit einer einzigen Pumpe versorgen: Die beiden Kreise verlangen unterschiedliche Temperatur und unterschiedlichen Volumenstrom; eine einzelne Pumpe kann keinen von beiden in seinem besten Punkt betreiben. Übersteigt die Fußbodenheizungsfläche 20 Prozent der Gesamtfläche, werden eine hydraulische Weiche und zwei getrennte Pumpen installiert.

17Checkliste: vor Bestellung und Inbetriebnahme

Wenn Sie die folgende Liste von Anfang bis Ende ausfüllen, haben Sie die Richtigkeit der Pumpenauswahl und der Einstellungen bei der Inbetriebnahme weitgehend belegt. Wenn Sie die Werte schriftlich notieren, verkürzt das auch eine spätere Störungsdiagnose.

  • Wurde die gesamte Heizlast in kW berechnet? Wie viele kW?
  • Wurde die Auslegungs-Temperaturdifferenz gewählt? 5 K, 7 K oder 10 K?
  • Wurde der Gesamtvolumenstrom mit Q = kW / (1,163 × ΔT) berechnet? Wie viele m³/h?
  • Wurden die Anzahl der Heizkreise und der Volumenstrom pro Heizkreis festgelegt? Liegt der Längenunterschied zwischen den Heizkreisen unter 25 Prozent?
  • Wie viele Meter hat der längste Heizkreis? Wurde die Grenze von 120 m bei 16-mm-Rohr überschritten?
  • Liegt die Strömungsgeschwindigkeit im Heizkreis im Bereich von 0,2-0,5 m/s?
  • Wurden die Verluste von Verteilergruppe, Durchflussmesser und Stellantrieb zum gesamten Druckverlust addiert?
  • Wurde der Verlust von Mischergruppe und Dreiwegeventil berücksichtigt? Wie hoch ist der Kvs-Wert des Ventils?
  • Wurde die gesamte Förderhöhe in mWS ermittelt? Wurde der Sicherheitszuschlag auf 10-15 Prozent begrenzt?
  • Wurde der Anteil der Verteilleitung am Gesamtverlust berechnet? Wurde die Entscheidung für den Konstantdruckbetrieb auf diesen Anteil gestützt?
  • Wurde die Gehäusegröße der Pumpe überprüft? Verschraubung DN 25, Einbaulänge 130 mm oder 180 mm?
  • Wurde der Sollwert der Pumpe auf den berechneten Wert gesetzt? Wie viel Watt werden im Display abgelesen?
  • Wurden alle Heizkreise einzeln gespült und entlüftet? Ist am Verteiler noch Rauschen zu hören?
  • Wurden die Durchflussmesser auf die Zielvolumenströme gedrosselt? Liegt der gemessene Gesamtvolumenstrom innerhalb von 10 Prozent des berechneten?
  • Wurde der Sicherheitstemperaturbegrenzer eingebaut, und wurde die Abschalttemperatur auf den Bodenbelag abgestimmt?
  • Wurde im Mischsystem eine hydraulische Weiche installiert, und wird jeder Kreis mit einer eigenen Pumpe versorgt?
  • Wurde überprüft, dass Rohr mit Sauerstoffsperre verwendet wird? Gibt es im System einen Magnetschlammabscheider?
  • Wurde das Volumen des Ausdehnungsgefäßes nach dem hohen Wasservolumen der Fußbodenheizung berechnet?

Nachdem Sie diese achtzehn Punkte ausgefüllt haben, ist die Pumpenauswahl keine Schätzung mehr. Für weitere Fragen und Einzelheiten zur Ausführung können Sie auch unsere Seite „Häufig gestellte Fragen“ besuchen. (Details: häufig gestellte Fragen)

18Häufig gestellte Fragen

Welche Pumpe wird für die Fußbodenheizung verwendet, und welches Modell genügt im Wohnungsbau?
Verwendet wird eine Nassläufer-Heizkreispumpe mit elektronischer Regelung, die im Konstantdruckbetrieb arbeiten kann. In einem Wohngebäude mit 120-200 m² genügt typischerweise die Grundfos ALPHA2 25-60 oder die Wilo Yonos PICO 25/1-6; beide bieten 6 mWS maximale Förderhöhe und decken den tatsächlichen Bedarf von 2-4 mWS in der Mitte ihrer Kennlinie ab. Bei einer in die Kombitherme integrierten Mischergruppe wird die Grundfos UPM3 bereits vorinstalliert geliefert.
Wie wird die Pumpe für die Fußbodenheizung ausgewählt, welche drei Zahlen genügen?
Volumenstrom, Förderhöhe und Regelungsart. Der Volumenstrom wird mit Q = kW / (1,163 × ΔT) ermittelt; für 8,4 kW und 7 K ergibt sich 1,03 m³/h. Die Förderhöhe ist die Summe der Verluste von längstem Heizkreis, Verteiler, Stellantrieb und Mischergruppe; im Beispielsystem wurden 3,4 mWS ermittelt. Die Regelungsart ist der Konstantdruckbetrieb, wenn der Anteil der Verteilleitung unter 30 Prozent liegt.
Wie viel Grad sollte die Vorlauftemperatur der Fußbodenheizung betragen?
Unter Auslegungstagsbedingungen sollte sie im Bereich von 35-45 °C liegen. Bei Systemen mit Kombitherme werden 40-45 °C, bei Systemen mit Wärmepumpe 32-38 °C angestrebt. Die Grenze bestimmt die Fußbodenoberflächentemperatur; nach dem Ansatz der EN 1264 werden in Aufenthaltsbereichen 29 °C, im Bad 33 °C und in den Randzonen 35 °C nicht überschritten. Bei Fußböden mit Holzparkett wird die Vorlauftemperatur unter 40 °C gehalten.
Auf welcher Stufe sollte die Pumpe der Fußbodenheizung laufen?
Wird eine ältere mehrstufige Pumpe verwendet, genügt in den meisten Wohngebäuden die 1. oder 2. Stufe; die 3. Stufe ist fast immer höher als nötig und erzeugt Geräusche. Bei einer elektronisch geregelten Pumpe wird statt einer Stufe ein Sollwert eingegeben, und dieser Wert wird der berechneten Förderhöhe gleichgesetzt. In der 120-m²-Beispielwohnung beträgt dieser Wert 3,5 mWS.
Wie viel Watt nimmt die Pumpe der Fußbodenheizung auf, und wie viel Strom verbraucht sie pro Jahr?
Im Wohnungsbau nimmt sie im Durchschnitt 8-25 W auf. In einer Heizperiode von 4.620 Stunden bedeuten 15 W Durchschnittsleistung 69 kWh Jahresverbrauch. Eine ältere Pumpe, die im selben System konstant 70 W aufnimmt, verbraucht 323 kWh; der Unterschied beträgt rund 254 kWh pro Jahr. Allein die Absenkung des Sollwerts von 6,0 mWS auf 3,5 mWS spart 90-120 kWh.
Warum führt die Volumenstromberechnung bei der Fußbodenheizung zu einem anderen Ergebnis als beim Heizkörper?
Die Formel ist dieselbe, die Temperaturdifferenz ist eine andere. Der Heizkörper arbeitet mit 15-20 K Differenz, die Fußbodenheizung mit 5-10 K Differenz. 10 kW Heizleistung verlangen bei 20 K Differenz 0,43 m³/h, bei 7 K Differenz 1,23 m³/h Volumenstrom; das Verhältnis beträgt ca. das 2,9-Fache. Weil der Volumenstrom steigt, wächst der Druckverlust bei gleichem Rohrdurchmesser deutlich, und die Pumpe wird entsprechend ausgewählt.
Ist eine Fußbodenheizung ohne Verteilergruppe möglich?
Technisch ist es möglich, wird aber nicht empfohlen. Ohne Verteilergruppe lässt sich der Volumenstrom der Heizkreise nicht einzeln einstellen, eine raumweise Regelung lässt sich nicht aufbauen, und im Störungsfall kann ein einzelner Heizkreis nicht isoliert werden. Ein Verteiler mit Durchflussmessern ist das einzige Element, das den hydraulischen Abgleich ermöglicht; unterbleibt der Abgleich, ziehen die kurzen Heizkreise das Wasser an sich, und entfernte Räume bleiben kalt.
Kann statt eines Dreiwegeventils ein thermostatisches Mischventil verwendet werden?
In kleinen, einzonigen Anwendungen kann es verwendet werden. Ein thermostatisches Mischventil hält eine konstante Vorlauftemperatur; eine witterungsgeführte Regelung leistet es nicht. Für ein Bad von 20-30 m² oder eine Ein-Raum-Anwendung genügt es. In Systemen mit mehreren Verteilern, mit Wärmepumpe oder mit Kompensation wird ein Dreiwegeventil mit motorischem Stellantrieb bevorzugt; außerdem ist der Sicherheitstemperaturbegrenzer bei beiden Lösungen zwingend.
Ist im Mischsystem aus Heizkörpern und Fußbodenheizung eine hydraulische Weiche zwingend?
Wenn beide Kreise eine eigene Pumpe haben, ja, in der Praxis ist sie zwingend. Die hydraulische Weiche trennt die beiden Kreise hydraulisch; der eine stört den Volumenstrom und den Betriebspunkt des anderen nicht. In kleinen Systemen mit einem einzelnen Verteiler, die nur aus Fußbodenheizung bestehen, ist sie nicht erforderlich. Bei der Dimensionierung des Behälters ist das Ziel, dass die senkrechte Strömungsgeschwindigkeit im Gehäuse im Bereich von 0,1-0,2 m/s bleibt.
Verändert der Unterschied zwischen Rehau RAUTHERM S und Fränkische alpex die Pumpenauswahl?
Die Baugrößenklasse verändert er nicht, er verschiebt den Sollwert um einige Zehntel. Der Innendurchmesserunterschied zwischen den beiden Produktfamilien liegt bei der Abmessung 16x2 mm in der Größenordnung von 0,5 mm und bewirkt bei einem 100 Meter langen Heizkreis einen Unterschied von 2-3 kPa. Der eigentliche Unterschied liegt auf der Montageseite: Beim PE-Xa-Rohr ist das Formgedächtnis, beim Verbundrohr der kleine Biegeradius von Vorteil. Bei beiden Familien ist die Sauerstoffsperre zwingend.

Die Auswahl der Umwälzpumpe für die Fußbodenheizung ist, sobald die Rohrmeter im Fußboden und der Verteileraufbau feststehen, eine Rechnung von einer Stunde. Wenn Sie Heizlast, Heizkreislängen und Verteilerposition zur Hand haben, können wir die richtige Baugröße und den Sollwert gemeinsam festlegen. Das Ingenieurteam von Pomeka Mekanik bietet bei Fußbodenheizungen, die mit Komponenten von Grundfos, Wilo, Rehau und Fränkische errichtet werden, Unterstützung bei Auswahl, Abgleich und Inbetriebnahme. Sie können sich unsere Produktgruppe Pumpen ansehen (Details: Pumpensysteme) und uns mit Ihren Projektdaten kontaktieren (Details: unsere Kontaktseite).

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